[发明专利]一种平板裂缝天线真空钎焊过程中降温曲线的优化方法

说明书

技术领域

本发明属于天线结构制造工艺领域，具体涉及一种平板裂缝天线真空钎焊过程中降温曲线的优化方法。

背景技术

随着电子技术、信息技术的快速发展以及军事需求的日益提高，对电子装备电性能要求越来越高，电子装备正朝着高频度、高增益、高密度、小型化，快响应、高指向精度的方向发展。

作为一种典型的电子装备，平板裂缝天线具有高增益、低副瓣、体积小和重量轻等特点，已广泛应用于机载雷达、导弹制导等多种电子装备中。作为雷达的重要部件，平板裂缝天线具有严格的精度要求，其制造精度的高低将直接影响到雷达的电性能。天线在制造过程中需先利用数控加工加工各层波导，然后整体拼装，最后经真空钎焊焊接成型。然而，由焊接带来的结构变形严重制约着天线电性能的提高。因此，控制天线焊接带来的残余应力和结构变形，保证天线电性能的实现，已成为一个关键技术问题。

影响天线最终焊接变形的因素可以分为两类：一是天线基材、形状及结构形式这类固定因素，其在焊接过程中带来的变形是固定不变的；二是钎料材料及降温曲线这类可调整、变化的因素，不同的钎料和降温曲线带来的残余应力和结构变形不同。对于这些因素对天线残余变形及电性能的影响，已有不少学者进行了分析，并得出了一些重要结论，相关的研究有：

B.Y.Duan等针对某机载平板裂缝天线进行盐浴焊数值模拟指出，当钎料热膨胀系数与基材热膨胀系数相近时，有利于减小天线焊接之后的残余变形，并对几种不同的降温曲线进行了分析，但并未给出降温曲线优选方案。具体分析结果在“Duan B Y,Song L W,Zhu M B.On the influence of the welding process on electronic performance of planar slotted waveguide antennas[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2016,30(3):1243-1251.”中有相关报导。

宋立伟也指出可以通过采用不同的钎料配方来降低钎料熔点的方法，减少天线焊后变形，并对钎料凝固时温度的不均匀性展开讨论，给出了一种可以改善焊后变形的改进曲线，但是该改进曲线并非为最优的降温曲线。这些结果在“宋立伟.天线结构位移场与电磁场耦合建模及分析研究.西安电子科技大学博士学位论文，2011”中有相关报道。

以上研究已给出了钎料的选择标准，但是对于降温曲线的研究仍停留在分析阶段,难以指导制造工艺设计。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种平板裂缝天线真空钎焊过程中降温曲线的优化方法，该方法基于Bezier曲线，可以确定一条降温曲线使得在相同生产周期的条件下提高天线表面精度，从而更易保证天线的电性能，提高成品率，节约生产成本。

技术方案：一种平板裂缝天线真空钎焊过程中降温曲线的优化方法，具体步骤如下:

(1)根据降温总时间TIME，选用合适的Bezier曲线分段数m和次数n，确定所需控制点个数m·(n+1)，令控制点沿时间轴均匀分布，以控制点纵坐标的温度为设计变量，温度设计变量b表示为

find b＝[b₀,b₁,…b_m·(n+1)-1]^T

其中b_i(i＝0～m·(n+1)-1)为控制点纵坐标；

此时，降温曲线可以表示为

(2)根据降温曲线，计算出不同时刻的温度和降温速率，确定不同时刻下母材和钎料的热膨胀系数；

(3)利用热弹塑性有限单元法，计算天线在该降温曲线下辐射面阵面均方根值RMS，以均方根误差RMS最小值作为优化目标，即

其中:

NUM为辐射面节点总数，

为节点i在焊接过程中发生的z向位移；

(4)给出优化约束条件

(41)设定求解参数上下限[b_min,b_max]，其中b_max为天线焊接温度，b_min为室温；

(42)结合天线焊接温度和室温数值给出温度上下限[T_min,T_max]，其中T_max为天线焊接温度，T_min为室温；